Développements méthodologiques pour la chimie bioorthogonale appliquée à la sialylation

Methodological developments for bioorthogonal chemistry applied to sialylation

• Auteur / Autrice : Vincent Rigolot
• Direction : Christophe Biot, Cédric Lion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle (Villeneuve d'Ascq ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Mahuteau-Betzer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Mahuteau-Betzer, Eric Defrancq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Iridium -- Composés organiques

Sondes moléculaires

Virulence (microbiologie)

Photoluminescence

Imagerie en biologie

Chimie bioorthogonale

Métabolisme

Acides sialiques

Mots clés libres

Ingénierie métabolique

Capsule bactérienne

Bioorthogonal chemistry

Metabolic engineering

Bio imaging

Sialic acids

Photoluminescence

Bacterial capsule

Résumé

Ce projet de chémoglycobiologie a consisté à développer des méthodes chimiques pour étudier le métabolisme des acides sialiques, en ayant recours à la stratégie du rapporteur chimique. Il se divise en trois grands axes.Le premier concerne la mise au point une méthode de marquage de la capsule poly acide sialique K1 d'Escherichia coli, une structure impliquée dans la virulence des souches bactériennes l'exprimant. La méthode développée au cours de ce projet consiste à incorporer des analogues cliquables non naturels de ManNAc dans la capsule, et de la détecter en microscopie ou en lecteur de fluorescence à microplaques après ligation d'un fluorophore par CuAAC. Cette méthode fournit de précieuses informations sur la capsule K1, et pourrait à présent être mise à profit pour étudier son rôle dans les phénomènes d'interaction avec l'environnement, ou pour l'identification de composés affectant son intégrité.Le deuxième objectif était de comparer le devenir métabolique de différents rapporteurs chimiques alcynes et azotures, et de déterminer l'influence de ces groupements synthétiques sur les rapporteurs au sein différentes lignées cellulaires mammifères. Nous avons observé des disparités dans le profil d'incorporation selon la lignée cellulaire, le groupement et la nature des rapporteurs chimiques, fournissant des informations importantes pour l'ingénierie métabolique des oligosaccharides.Le troisième objectif a consisté à synthétiser et caractériser des complexes organométalliques d'iridium photoluminescents clickables, utilisables pour l'étape de ligation bioorthogonale. Ces sondes innovantes possèdent des propriétés photochimiques particulières, et permettent l'utilisation de techniques multiples pour la détection et le suivi de la métabolisation des rapporteurs chimiques, telles que la microscopie à fluorescence classique et résolue en temps, la nano-imagerie synchrotron, ou la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif.Outre ces objectifs principaux, ce projet a consisté à transférer ces méthodologies lors de collaborations variées, pour des applications spécifiques telles que l'étude de sialyltransférases, ou le suivi d'une modification post-traductionnelle particulière, la O-N-acétylglucosylamination.L'ensemble du projet contribue à la compréhension du métabolisme des acides sialiques chez différents organismes, et a fourni des outils qui ouvrent la voie à de nombreuses applications potentielles en chimie bioorthogonale, en bio imagerie, et dans la recherche sur la virulence bactérienne.

This chemoglycobiology project consisted of developing chemical methods to study the metabolism of sialic acids, using the chemical reporter strategy. It is divided into three main axes.The first concerns the development of a method to label the K1 poly sialic acid capsule of Escherichia coli, a structure involved in the virulence of bacterial strains expressing it. The method developed during this project consists of incorporating non-natural clickable analogues of ManNAc into the capsule, and to detect it by microscopy or in a fluorescence reader in microplates after ligation of a fluorophore by CuAAC. This method provides valuable information on the K1 capsule, and could now be used to study its role in interaction phenomena with the environment, or for the identification of compounds affecting its integrity.The second objective was to compare the metabolic fate of different alkyne and azide chemical reporters, and to determine the influence of these synthetic groups on the reporters within different mammalian cell lines. We observed disparities in the incorporation profile depending on cell line and nature of chemical reporters, providing important information for oligosaccharide metabolic engineering.The third objective consisted of synthesizing and characterizing clickable photoluminescent organometallic iridium complexes, usable for the bioorthogonal ligation step. These innovative probes have particular photochemical properties, and allow the use of multiple techniques for the detection and monitoring of the metabolization of chemical reporters, such as classical and time-resolved fluorescence microscopy, synchrotron nano-imaging, or inductively coupled plasma mass spectrometry.In addition to these main objectives, this project consisted of transferring these methodologies during various collaborations, for specific applications such as the study of sialyltransferases, or the monitoring of a particular post-translational modification, O-N-acetylglucosylamination.The entire project contributes to the understanding of sialic acid metabolism in different organisms, and provided tools that open the way to numerous potential applications in bioorthogonal chemistry, bio imaging, and research on bacterial virulence.